[发明专利]一种连铸结晶器保护渣的渣金反应模拟试验装置及其方法

说明书

本发明公开了一种连铸结晶器保护渣的渣金反应模拟试验装置，包括中频感应炉和底吹装置，中频感应炉包括石墨坩埚、炉壳、感应线圈、炉盖，炉壳设于石墨坩埚外部，感应线圈设于石墨坩埚与炉壳之间并套置于石墨坩埚上，炉盖上设有加料口，并覆盖于石墨坩埚顶部；底吹装置包括通入石墨坩埚底部的底枪、保护气体气源，底枪通过保护气体吹管外接至保护气体气源。本发明还公开了一种模拟试验方法，能够提供动态下的渣金反应，并且可以通过切换底吹N的方法，来模拟连续铸钢条件下，持续不断的TiN析出，模拟生产中的渣金反应程度，从而更准确的判断结晶器保护渣的适用与否。

技术领域

本发明涉及渣金反应模拟技术，更具体地是指一种连铸结晶器保护渣的渣金反应模拟试验装置及其方法，特别适用于含Al含Ti类钢种。

背景技术

在钢液连续浇铸过程中，连铸结晶器是用来凝固成型、形成初始坯壳的重要部分，也是连铸过程的“心脏”。为防止连续浇铸中，钢液面的裸露和氧化，结晶器内钢液面需要覆盖保护渣。保护渣加入结晶器后，吸收高温钢水提供的热量，迅速的在钢水液面上形成液渣层，靠近液渣层的保护渣还没有达到熔化温度时，已被烧结成过渡层，在过度层的上面是粉渣层，形成保护渣在连铸时的三层结构——液渣层、烧结层、原渣层。在连铸浇铸过程中，保护渣在结晶器内具有绝热保温、防止氧化、吸收夹杂物、润滑和改善传热等方面的功能，因此，连铸结晶器保护渣在连铸时具有重要的作用。

连铸结晶器保护渣的主要成份有CaO、SiO₂、Al₂O₃等，当钢液成份中含Al含Ti的钢种连铸时，由于结晶器保护渣和浇铸的钢液面直接接触，不可避免的会产生渣(保护渣)-金(钢液)反应，即钢中的[Al]、[Ti]等易氧化元素、钢中残余[O]和[N]等与结晶器保护渣中的基础成分SiO₂等的反应，容易生成TiN、TiN(CN)、Al₂O₃、TiO₂等高熔点化合物，在钢液面上与保护渣混合在一起，形成冷皮，形成了以下多种反应，可能会发生如下的反应：

4[Al]+3(SiO2)＝3[Si]+2(Al2O3) ①

[Ti]+(SiO2)＝(TiO2)+[Si] ②

[Ti]+2[O]＝TiO2 ③

[Ti]+[N]＝TiN ④

2[Al]+3[O]＝Al2O3 ⑤

TiO2+CaO＝CaO·TiO2 ⑥

TiN+SiO2＝TiO2+1/2N2(g)+[Si] ⑦

TiN+2/3Fe2O3＝TiO2+4/3[Fe]+1/2N2(g) ⑧

由于反应是多重进行的，高温、复杂、多变，反应后结晶器保护渣严重变性，容易形成渣条、“结鱼”等，影响浇铸中保护渣的均匀流入，凝固传热条件变差，严重影响浇铸质量，甚至还会引发漏钢等事故。

因此，在开发适应含Al含Ti钢种连铸的结晶器保护渣时，应充分考虑渣金反应对连铸可浇性的影响。但是，往往含Al含Ti钢种较多的是特殊品种，多应用在高温耐腐蚀等条件下，如耐蚀合金等品种。这些品种的合金含量高，价值量大，保护渣使用性能不合适，会直接导致报废等严重的质量问题。因此，如果未经渣-金反应试验的新型保护渣，直接在连铸生产中应用，产生较多废品损失量的可能是非常大的。因此，需要找到一种实验室模拟结晶器内钢渣反应的方法，以判断结晶器保护渣是否能合适应用。